[发明专利]多波束低轨卫星信道稀疏特征自适应提取方法及通信系统

说明书

本发明公开了一种多波束低轨卫星信道稀疏特征自适应提取方法、设备、地面信关站及通信系统。该方法包括：S1，获取多波束低轨卫星同一时隙接收的所有波束的观测信号；S2，将所有波束的归一化观测信号分别在压缩感知测量矩阵上进行分解，将获得的分解系数表示为向量并记为投影向量，投影向量与波束一一对应；S3，获取各投影向量的信息熵，将信息熵最小的投影向量对应的波束的归一化观测信号变换为矩阵形式作为最优观测矩阵；S4，基于最优观测矩阵提取信道稀疏特征。多个投影向量中根据信息熵判决快速自适应选择出能量集中度最高的投影向量，保证投影向量的能量集中，特征有序，实现空天地海一体化信道稀疏特征的精准获取，提升频谱效率。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种多波束低轨卫星信道稀疏特征自适应提取方法、设备、地面信关站及通信系统。

背景技术

空天地海一体化信息网络以天基网络为主体，地面网络为基础，可支持陆、海、空、天各类用户随遇接入、按需服务的信息网络。空天地海一体化信息网络，其核心是卫星通信网络。在星座网络中，卫星网络作为海陆空信息平台联合的枢纽，使信息平台由相对分散联合成有机整体。低轨卫星系统成为地面移动通信系统的重要补充，弥补了地面移动通信系统自然地理障碍和有限覆盖范围的劣势。同时，低轨卫星具有运行轨道较低、传输时延短、组网灵活、覆盖范围广等独特优势，其可满足用户的任意时间、任意地点接入需求。

多波束低轨卫星通信信号传输过程具有随机性、复杂性，同时伴随有噪声干扰，系统接收端所获取的信号并非仅有一个，而是由各发射天线发射的信号通过若干路径所得信号的叠加，叠加后的信号或有所加强，或有所削弱，并非准确的发射信号。接收端完成信号的准确恢复工作是通信系统的必然要求，它离不开信道特征参数的获取。传统的无线信道特征提取方法是立足于稠密信道的观点出发的，该理论认为无线传输信道是由多个不可分离的路径叠加而成，因此，完成信道的特征提取就需要发射大量的参考信号，这样就造成了大量频谱资源的浪费。大量观测数据的统计研究表明：无线信道本身具有很强的稀疏特性，在信号传播过程中，无线信道可分辨的路径数目是非常少，因此，传统方法的不足在于未能准确认识和充分利用信道的稀疏特性，造成频谱效率低，特征提取准确度低。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种多波束低轨卫星信道稀疏特征自适应提取方法、设备、地面信关站及通信系统。

为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种多波束低轨卫星信道稀疏特征自适应提取方法，包括：步骤S1，获取多波束低轨卫星同一时隙接收的所有波束的观测信号，对所述观测信号进行归一化处理获得归一化观测信号；步骤S2，将所有波束的归一化观测信号分别在压缩感知的测量矩阵上进行分解，将获得的分解系数表示为向量并记为投影向量，所述投影向量与波束一一对应；步骤S3，获取各投影向量的信息熵，将信息熵最小的投影向量对应的波束的归一化观测信号变换为矩阵形式作为最优观测矩阵；步骤S4，基于最优观测矩阵提取信道稀疏特征。

上述技术方案的有益效果为：该方法通过将同一时隙的多个波束的归一化观测信号在测量矩阵上进行投影获得投影向量，在多个投影向量中根据信息熵判决快速自适应选择出能量集中度最高的投影向量，并通过选择的投影向量对应的归一化观测信号来提取该时隙的信道稀疏特征，保证投影向量的能量集中，特征有序，对重构发送端信号和提取稀疏特征产生积极影响，实现空天地海一体化信道稀疏特征的精准获取，提升频谱效率。将观测信号进行归一化处理，能够减少数据存储量和运算量，提高特征提取速度。

在本发明的一种优选实施方式中，对所述观测信号进行归一化处理的过程为：设观测信号为y^*，归一化观测信号为y，则有；y_i表示归一化观测信号向量形式中第i个元素，表示观测信号向量形式中第i个元素，i＝1,2,…,N，N为正整数，round(*)为取整函数，max(*)为取最大值函数，D为获取观测信号y^*过程中的模数转化器的量化位数。